海陆风环流情况下的大气扩散模式

本文讨论了海岸地区的大气过程和空气污染模式,推导了一个海陆风环流情况下的大气污染物输送扩散模式。实例应用表明,该模式对海陆风上下层风向存在切变时的空气质量模拟是有效的。      

AERMOD和CALPUFF对沿海电厂烟气扩散模拟对比研究

使用《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ2.2-2008)推荐的环境空气质量模式(AERMOD和CALPUFF)对海陆风日沿海电厂的烟气扩散进行了对比模拟研究。模拟结果表明:由于大电厂的烟气抬升高度较高,大电厂烟囱的有效高度往往会高于珠江口海陆风的厚度,因此该区域海陆风对大电厂烟气扩散的影响不大;在海陆风发生时,由于风向的垂直切变极大,在此种情况下,AERMOD模式对烟气扩散的模拟结果明显不合理;同时,2个模式模拟的落地浓度值在某些情况下可能会有较大的差距;在某些气象条件下,电厂烟气会扩散到非常远的地方,由于AERMOD模式模拟范围有限(50 km),因此不适用于此种情况下烟气扩散的模拟。根据以上研究结果,建议在沿海区域,针对重大污染源的大气环境影响评价尽量使用CALPUFF模式进行核算验证。     

深凹露天矿流场与污染物散布的模拟研究

利用高阶矩湍流闭合方案建立了一个三维非静力高分辨率ＰＢＬ数值模式，并用此模式模拟了中性层结条件下一个深凹露天矿区实际地形的流场结构与湍流特性，分析并揭示露天矿自然通风特性，为进一步研究露天矿污染扩散规律提供背景流场。数值模拟的一些结果与同样试验条件下的风洞试验结果吻合甚好。     

城市化对青岛夏季海陆风环流影响的个例分析

基于分辨率为500 m的青岛地区下垫面土地利用资料,利用中尺度大气数值模式Weather Research& Forecast(WRF),模拟分析了不同城市下垫面情形下,2007年8月4-5日青岛地区的一次海陆风过程.控制试验和干农田下垫面及城市下垫面两个敏感性试验都模拟出了海陆风的转换过程及城市小风区和城市热岛现象.模拟分析结果表明,城市化进程下城市区域气温明显升高,增温幅度为1～2℃,高密度城市下垫面造成的城市热岛效应增大了海陆温差,加强了海风,青岛城市热岛环流受海陆风影响显著;干农田地貌与灌溉农田、林地下垫面相比,不利于局地降温,但与城市下垫面相比,有效地加强了近地面风速.     

胶州湾物质输运模型研究

为了更好地了解胶州湾的水动力特征,应用美国普林斯顿海洋模型研究了胶州湾的潮流特征。计算结果表明,胶州湾的潮流以往复流为特征,涨、落潮最大流均发生在胶州湾口,流速分别为73cm·s^-1和79cm·s^-1左右,潮波系统具有明显的驻波性质。在对胶州湾三维潮流模拟的基础上,建立了一个三维水质模型,并对环胶州湾主要河口陆源所输入的N、P污染物的浓度分布进行了模拟。通过与实测的调查结果进行对比,验证了模式计算的合理性。     

内陆丘陵河谷地区小风条件下的大气扩散模拟研究

针对湖南中部丘陵河谷地区的气象特点,开展了小风条件下大气扩散的数值模拟研究,并与示踪实验结果进行比较.模拟采用美国EPA推荐的非稳态拉格朗日高斯烟团模式CALPUFF,以加密的地面气象观测资料、边界层垂直廓线观测资料和铁塔多层湍流观测资料作为模拟气象场的输入.中等风速和小风条件下的模拟结果表明:模式对地表类型及资料的分...     

大连金州地区海陆风及热内边界层研究

根据大连金州2009年常规气象站资料分析大连金州地区海陆风变化特征,并用MM5V3模式模拟典型日的海陆风风场变化和热内边界层位温场结构变化,结果表明:海风和陆风出现的频率有明显的季节性变化。冬季陆风较多,春夏海风较多,春季、冬季易形成海陆风;海风起止时间夏季长冬季短,陆风起止时间秋冬季较夏季长;典型海陆风日中,海风造成陆地湿度变大,海风风速大于陆风风速;通过海风的数值模拟,海风由生成到成熟海岸吹向内陆其厚度可增厚到1 000 m以上,伸向内陆距离可到18.9 km;热内边界层向内陆呈舌状分布,海岸边界层高度在700 m之间,抛物面高度随着向内陆延伸的距离增加而升高。热内边界层最高达1 000 m。     

城市热效应与热效应模型研究

影响城市热环境的因素有很多,其中地表覆盖类型是热效应影响因素中较为重要的一个。笔者在研究深圳市城市热环境效应的基础之上建立了一个三维动态模型,对硬化路面覆盖条件下的温度场进行模拟,并对该热环境效应模型进行了较为详细的分析。      

海陆风对宁波东南滨海郊区大气臭氧变化特征及预测的影响

当前我国沿海发达城市群大气臭氧(O₃)污染严重,且污染的发生和发展受沿海气象条件影响明显.作为海岸附近典型的大气环流,海陆风对沿海地区大气污染物的生成和消散具有重要潜在贡献.本研究基于对2020年1月—2022年3月宁波沿海地区近地面空气质量和气象因子的连续监测,分析了海陆风对我国典型沿海城市大气O₃浓度及其时间变化的影响.同时,在区分有、无海陆风的不同情景下,利用线性回归和随机森林模型对O₃浓度进行了模拟预测.结果表明,海陆风可显著促进沿海地区大气O₃浓度的升高和污染事件的发生,海陆风日的O₃浓度明显高于无海陆风日.与无海陆风发生时段相比,春、夏、秋、冬四季海陆风发生时段的O₃超标率分别升高了19%、18%、38%和6%.海陆风天气下近地面大气相对静稳,污染物的局地循环和积聚是O₃浓度升高的主要原因.随机森林模型对O₃浓度的拟合效果明显优于线性回归模型,且全参数(气象因子和污染物)模型优于气象参数模型.在区分海...     

用三维平流扩散模式预测滇池地区氟化物污染

根据包含有PBL湍流统计量的三维物质连续方程,作者设计了一个同时考虑大气参数的时空(三维)变化、多个连续污染源、线性的化学转化和迁移以及复杂地形影响的三维平流扩散模式,并将滇池地区整个PBL内连续实测的湍流统计量、拉氏时间尺度、中尺度流场和混合层厚度直接输入模式,对山谷风、湖陆风和城市热岛(昆明市)中尺度局地环流控制下的氟化氢浓度的日变化作了预测。结果表明,在输入同一资料情况下,预测的结果与实测值大体上一致。     

深圳地区海岸复杂地形下大气输送与扩散模拟

利用边界层预报模式提供的非定常的风场和湍流场，采用实用的考虑风切变的烟团模式模拟了海岸复杂地形下高架点源排放ＳＯ２的地面浓度变化特征。联接模式细致地考虑了地面反射，混合层穿透和反射。结果反映了风场湍流场的非均匀非定常对浓度分布有较大影响。     

珠三角干季海陆风特征及其对空气质量影响的观测

通过2004年10月在珠江三角洲（以下简称“珠三角”）开展大气边界层观测试验得到的垂直风温资料和逐时PM_2.5浓度资料,利用局地环流指数（RF）等方法研究了珠三角海陆风特征及其对空气质量的影响.结果表明：局地环流指数是表征局地大气输送能力的有效指标;冷暖气团对峙导致珠三角污染日背景风场较弱,沿海海陆风活动活跃,空气质量指数与RF系数相关性颇高,珠三角沿海100~400m处RF系数值主要分布在0.5~0.8之间;在海陆风影响下低层风场的有效输送能力较弱,不利于污染物的输送扩散.而随着冷空气全面控制珠三角,垂直风场RF系数值高达0.9以上,海陆风难以发展,风场输送能力强,能够持续的将污染物输送出去.观测发现沿海观测点试验期间海陆风发生频率约为47.8%,其中72.7%的海陆风日出现了污染天气,海陆风日地面风向呈现出明显的随时间顺时针偏转特征,海风约从16：00时开始出现,并在20：00达到最大影响高度约为600~800m.夜间海风将污染物输送回内陆观测点,导致内陆PM_2.5浓度在19：00~21：00时出现浓度峰值,呈现出明显的双峰结构.     

盛行梯度风下热力环流对近地空气质量的影响研究

以中纬度沿海城市上海为代表,采用数值模拟方法,分析了海岸线附近污染源排放的大气污染物在盛行梯度风和热力环流耦合作用下的扩散和输送特征,并与忽略海陆温差的理想情况作了对比.结果表明,即使在盛行梯度风主导城市风场时,海陆温差引起的热力环流对海岸线附近流场仍有重要影响,并使近地面污染物浓度时空分布与海陆无温差时截然不同.海陆无温差时,污染物仅向盛行梯度风的下风向区域扩散.而在海陆有温差时,污染物的扩散却可能是双向的.陆地最高和最低气温出现的时间分别对应着沿海城市污染物最不利释放时段(RTS-16:00和RTS-04:00),造成的污染总时长和日平均浓度均最大,不仅部分近地面污染物被海陆热力环流携带至盛行梯度风的上风向区域,并且下风向区域的日平均浓度最高达海陆无温差时的4~5倍.因此,即使在盛行梯度风较强时忽略海陆温差形成的热力环流影响,也会明显低估非海陆风日的实际污染强度和污染范围.     

海陆风对天津市PM2.5和O3质量浓度的影响

静稳天气下局地环流往往会对污染物的传输扩散起重要作用.根据天津市地处渤海西岸,常年受到海陆风影响的特点,综合气象、环境资料及HYSPLIT模型,针对沿海、市区、城郊、山区等代表性站点,研究了海陆风对天津市ρ（PM_2.5）和ρ（O₃）的影响.结果表明:①2015年天津市海陆风天数为78 d,占全年的22%;海陆风多集中于6-9月,其中,7月海陆风日最多、2月最少.②ρ（PM_2.5）和ρ（O₃）季节性变化和空间分布特征不同.春、夏两季ρ（PM_2.5）山区最高、城郊最低;秋、冬两季ρ（PM_2.5）市区最高、山区最低.春、秋两季ρ（O₃）沿海最高、市区最低;夏季ρ（O₃）山区最高、沿海最低.③海陆风对ρ（PM_2.5）有扩散作用,对ρ（O₃）有增加作用.海陆风对沿海ρ（PM_2.5）扩散作用最为明显,致使冬、秋两季ρ（PM_2.5）分别下降20.2%和7.9%;对城郊ρ（O₃）增加作用最为明显,致使秋、夏两季ρ（O₃）分别升高39.8%和16.2%.④个例研究表明,海风向内陆推进过程中垂直方向最高可达1 000 m,受海风影响天津市ρ（PM_2.5）下降,陆风使得ρ（PM_2.5）小幅上升,海陆风总体起扩散作用;海陆风使天津市ρ（O₃）日变化出现3个峰值,日均值明显增大,其中,城郊增幅（68.2%）最大.研究显示,海陆风对天津市ρ（PM_2.5）有扩散的作用,但会增高ρ（O₃）.      

珠江口西岸冬季海陆风背景下羰基化合物的初步研究

于2008年12月7~9日对珠江三角洲新垦的大气环境进行连续加强观测,采用DNPH-HPLC/UV分析方法测量了冬季海陆风条件下大气挥发性羰基化合物的组成及浓度水平,研究了污染特征和来源.结果表明,新垦大气中共检测到17种挥发性羰基化合物,浓度变化范围为7.78′10-9~31.78′10-9,大多数物质地面浓度高于楼顶.其中浓度最高的污染物是丙酮,其次是甲醛和乙醛,三者占总羰基化合物浓度的比例高于70%.大气挥发性羰基化合物的浓度分布呈现出以12月8日为代表的受城区污染物长距离输送影响的变化规律,以及以12月7日和12月9日为代表的受海陆风影响的变化规律.甲醛/乙醛和乙醛/丙醛的特征比值及各成分相关性分析表明它们主要来自城区人为污染源的排放,其组成和含量的变化与污染物长距离输送过程和海陆风影响有密切关系.大气光化学反应生成的二次产物和当地植被排放亦是重要来源.     

海风环流对上海一次臭氧污染过程影响的数值模拟研究

本文针对上海2017年夏季的一次臭氧污染过程,利用WRF-Chem模式模拟了海风环流在臭氧输送、聚集和消散过程中所起的作用.结果表明,白天的海风在沿海区域对500 m高度以下的近地面大气起到清洁作用,但海风环流上支离岸气流也会将海风辐合带的高浓度臭氧输送回到近海的边界层中上部,同时,海风环流和热岛环流的加强效应有助于臭氧前体物（VOC和NO₂）在辐合带和近海边界层中上部的聚集,从而加快生成臭氧的光化学反应,进一步地加剧臭氧高值区的臭氧污染.在此基础上设计的敏感性实验分析了城市化和海温的贡献.结果发现,城市化会加重上海地区边界层上部的臭氧污染,白天城市热岛环流对海风环流存在正向叠加作用,增强近地面的向岸风;而海温升高会削弱海风,对臭氧的分布产生很大的影响,进一步证明海风环流在臭氧分布的变化中起到了重要的作用.     

冬季山谷风和海陆风对京津冀地区大气污染分布的影响

为了弄清冬季山谷风、海陆风对京津冀地区大气污染时空分布的影响,利用2016年12月地面加密自动气象站逐时观测数据和中国环境监测总站发布的逐时PM_(2.5)浓度数据,计算平均风矢量场和平均PM_(2.5)浓度场,分析山谷风、海陆风变化规律及其对PM_(2.5)浓度分布的影响.结果表明,在山谷风日,中午至下午谷风将位于河北太行山东部地区的污染物向北输送.傍晚以后,在北京西部、北部,以及河北太行山山前出现的山风与偏南风构成"人字形"辐合线,辐合线的汇聚作用使北京地区、廊坊,以及保定、石家庄、邢台等地大气污染加重.在海陆风日,下午至前半夜,河北中东部沿海地区出现东南向海风,深入内陆到达天津东南部地区,海风前缘区域大气污染加重;通过对中国科学院大气物理研究所铁塔0～325 m风向风速与PM_(2.5)浓度时间变化关系分析,以及利用Cressman法插值得到的地面风向风速和PM_(2.5)浓度二维格点场,分析北京地区重霾污染过程中近地层山谷风和海陆风对大气污染形成的影响:中午至下午,谷风将大气污染物向北京输送.傍晚以后,大气污染物在山风与偏南风形成的辐合线附近汇聚,在北京地区及以南地区形成PM_(2.5)高污染区.凌晨至早晨北京被山风控制,大气污染物被吹离北京、滞留在北京以南至天津西北地区.冬季,山谷风的输送和汇聚作用使大气污染物以日为周期不断循环和累积,对北京地区至北京以南地区、河北太行山东部地区的大气重污染形成起重要作用.